Nell’evoluzione delle tecnologie e della digitalizzazione di tutto ciò che ci circonda stanno emergendo tutta una serie di applicazioni e soluzioni raccolte sotto il nome di digital twin, il gemello digitale di ogni opera ed infrastruttura che digitale non è.
Il concetto non è nuovo ma oggi sta emergendo un mercato ed una economia legata a questo settore di applicazione industriale che promette di cambiare il modo in cui gestiamo le nostre infrastrutture e di creare nuove professioni.
Digital Twin, il futuro del trasferimento tecnologico: l’impatto sul sistema produttivo
I vantaggi di avere un gemello digitale
Il gemello digitale nasce dall’evoluzione delle tecniche di telecontrollo e di monitoraggio in verità presenti da anni sul mercato. Ad esempio, nel settore delle automazioni industriali i segnali di allarme e di gestione remota delle infrastrutture elettriche ed elettroniche sono da sempre, per definizione, prelevate sulla macchina oggetto di osservazione e trasportate in una sala di controllo o in una stazione con operatore che ne può leggere ed interpretare i valori ed i risultati.
Oggi però, con il moltiplicarsi dei sensori di ogni tipo, la riduzione dei costi degli stessi e la possibilità di trasmettere i dati da e per ogni luogo grazie alle reti di telecomunicazioni avanzate, consente di immaginare la ricostruzione logica e digitale di qualunque infrastruttura fisica come se vivesse un mondo parallelo a quello reale ma replicando istante per istante ciò che accade realmente.
Inoltre, al posto dell’operatore prendono piede i sistemi avanzati che fanno uso di intelligenza artificiale per leggere nei dati raccolti informazioni che qualsiasi operatore non riuscirebbe a cogliere. Quindi l’evoluzione è su due fronti: la raccolta dei dati e la sua elaborazione in tempo reale con una profondità di analisi inimmaginabile per l’essere umano.
Ad esempio, un ponte autostradale con i suoi piloni è sicuramente ben descritto dai modelli di calcolo utilizzati per la sua progettazione, così come le sue vibrazioni ed oscillazioni al passaggio dei carichi pesanti o con il passare del tempo e l’usura delle parti in cemento armato. Dello stesso ponte però nulla sappiamo del suo comportamento dinamico nella realtà istante per istante mentre con il suo Digital Twin viviamo in diretta ed in 3 dimensioni quello che è la vita del ponte stesso.
Lo stesso possiamo dire di un data center dove alle tecnologie digitali e software più avanzate si affiancano sistemi elettrici, di condizionamento, di backup elettrico ma anche fisici come rack per gli apparati e quadri elettrici che devono gestire correnti e tensioni, temperature ed umidità e tempi di intervento in caso di guasto oltre che migliaia di cavi per i collegamenti elettrici e dati dei vari apparati. Avere tutto sotto controllo da un PC o un tablet e vivere il gemello digitale come se fossimo nel datacenter è sicuramente un vantaggio per la conduzione e la manutenzione dello stesso.
Cosa occorre per realizzare un buon progetto di digital twin
Ma cosa occorre per realizzare un buon progetto di digital twin e quali sono i limiti e le difficoltà pratiche da superare?
Innanzitutto, come tutti i progetti, bisogna porsi un obiettivo concreto che sia una mediazione tra le necessità oggettive e le infinite possibilità del concetto di digital twin. Tornando all’esempio del data center bisogna scegliere se appunto monitorare solo l’infrastruttura non digitale – rack, quadri elettrici, gruppi di condizionamento, batterie e sistemi di backup ad esempio – oppure se si vuole tenere sotto controllo ogni singolo server o apparato collegato grande o piccolo che sia.
Qualunque sia la scelta si parte sempre da un rilievo di tutte le macchine, le utenze e gli elementi che si vogliono monitorare, per ognuno di essi vanno raccolti una quantità enorme di dati, ad esempio datasheet, numeri di serie, posizione, dimensioni fisiche, quantità e tipologia di collegamenti, layout degli interruttori, dei led, delle spie e di qualunque altro dettaglio possa accompagnare un oggetto fisico che ha anche una sua funzione logica.
Fatto questo censimento si passa alla scansione laser tridimensionale di tutto l’ambiente che include sia l’involucro (le pareti, i soffitti e tutti i tipi di superficie) che gli apparati, si raccoglie la cosiddetta nuvola dei punti che è alla base della rappresentazione del gemello digitale. In questo senso è gemello perché la forma con cui si presenta sul nostro schermo è la fedele riproduzione di quello che nella realtà può essere nel proprio data center il singolo rack con gli apparati o il quadro elettrico specifico.
Nel fare questa raccolta di dati è importante che il layout e la configurazione non cambi altrimenti il nostro gemello digitale non potrà essere una fedele riproduzione a meno di non essere aggiornato continuamente. Ora è quasi certo che ad un punte non si aggiunga un nuovo pilone per tutta la sua vita utile e quindi ci si possa spingere a raccogliere anche il minimo dettaglio riempendolo di sensori di ogni tipo ed affinando il “gemello” per comportarsi esattamente uguale all’originale, ma in infrastrutture dinamiche per definizione come un data center se non si definiscono bene i parametri e cosa si vuole emulare in digitale si rischia di avere un gemello che non è mai la replica esatta dell’originale e quindi vanificarne l’utilità.
Proseguendo nella realizzazione ci sono poi aspetti ancora più pratici come la possibilità di installare i sensori dove servono, di farli comunicare ma anche a volte di interrompere il servizio all’utenza per mettere in funzione il gemello digitale. Per questi motivi spesso l’analisi di fattibilità pratica porta alla ridefinizione delle logiche di manutenzione e funzionamento dell’infrastruttura soprattutto se realizzata in anni e con tecnologie antecedenti all’attuale generazione tecnologica.
In questo caso si sposta il focus dal digital twin all’infrastruttura in sé con un ulteriore compromesso tra l’onere di gestione di un digital twin ed il risultato atteso.
Gli attori coinvolti in un progetto di digital twin
Il digital twin è poi un progetto che coinvolge diversi attori, professionisti e tecnologie per metterlo in funzione, tra questi si distinguono sicuramente gli esperti in materia degli oggetti da riprodurre in digitale, ad esempio un ingegnere strutturista per il ponte o un professionista degli impianti elettrici industriali per il data center; occorrono poi esperti per la raccolta e la distribuzione di dati tipicamente con gateways, loggers, vari tipi di interfaccia industriale, ed a conoscenza anche delle caratteristiche fisiche dei dati da raccogliere. Servono poi specialisti di comunicazione ed infine chi scrive e configura il vero e proprio gemello digitale, esperti di sistema ma anche esperti di analisi dei dati o dell’infrastruttura sotto esame.
E tutto questo si traduce in costi dove anche piccoli progetti possono costare centinaia di migliaia di euro rendendo il digital twin ancora poco adatto a piccole e medie imprese e relegandolo alle innovazioni che le grandi aziende possono produrre, perché oltre al budget per avviare il sistema occorre un budget per tenere in funzione ed in evoluzione il sistema.
Conclusioni
Nonostante questi challenge iniziali il digital twin si sta evolvendo rapidamente perché le nuove generazioni di apparati o sistemi infrastrutturali nascono già pronti per essere integrati in un sistema digitale, ad esempio hanno già a bordo chipset che possono dialogare comunicando loro i dati che servono e riducendo la fase di censimento, si stanno formando competenze specifiche nel settore man mano che avanzano i progetti, ci sono macchine di ogni tipo nate in ottica Industry 4.0 che sono già pronte e di per se equipaggiate con i sensori che servono e nativamente trasmettono le grandezze fisiche che occorrono.
Il mercato potenziale in Italia si stima possa raggiungere i 12 miliardi di euro nei prossimi 10 anni grazie al fatto che il Digital Twin è la migliore sintesi tra diverse tecnologie come Internet of Things, Intelligenza Artificiale, Big Data, High Performance Computing e connettività a banda ultralarga fissa e mobile.
E un mercato così grande può essere attivato e trainato solo dalle grosse infrastrutture pubbliche, in primis le reti di energia e le loro interconnessioni, e poi le grandi utility che hanno interesse a produrre energia in maniera più efficiente e indurre i grandi utilizzatori ad efficientare i consumi. Ciò perché oggi il primo risultato atteso dall’uso di un gemello digitale è l’ottimizzazione dell’uso dell’infrastruttura reale e quindi la riduzione dei consumi con percentuali che vanno dal 10% al 50% a seconda delle applicazioni e dei settori industriali. Domani, l’effetto atteso di lungo periodo è quello di unire le infrastrutture dei grandi con quelle dei piccoli per formare un unico sistema totalmente interconnesso.
